Ηλεκτροχημική μελέτη APCVD οξειδίων βαναδίου ως ηλεκτροενεργές επιστρώσεις για πυκνωτές.

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται στην αγορά εργασίας όλο και μεγαλύτερη ζήτηση για συσσωρευτές με καλύτερα χαρακτηριστικά όπως η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, η μεγαλύτερη δύναμη και ενέργεια καθώς και σταθερότητα μεταξύ των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης. Σκοπός αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι να περιγράψει την δημιουργία, σε ερευνητική κλίμακα, συσσωρευτών με όσο το δυνατόν πιο καλά χαρακτηριστικά (supercapacitors) σε χαμηλό κόστος, μικρό μέγεθος, μεγάλη ανθεκτικότητα και χωρητικότητα καθιστώντας τους απόλυτα ασφαλείς στην χρήση. Για την επίτευξη αυτού του στόχου έχουν γίνει ανά τα χρόνια πειράματα με χρήση νανοσωλήνων άνθρακα (carbon nanotubes), οξειδίων μετάλλου (metal oxides), αγώγιμων πολυμερών (conducting polymers), νανοσύνθετων (nanocomposites) κ.α. Καθένα ηλεκτρόδιο παρουσιάζει και διαφορετική μορφολογική δομή (flower, nanofibers, nanowires, nanorod, nanoporous) [1]. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η ηλεκτροχημική μελέτη επιστρώσεων οξειδίων βαναδίου που παρασκευάστηκαν με χημική εναπόθεση μέσω ατμών σε ατμοσφαιρική πίεση μεταβάλλοντας την ροή και την πηγή Ο2. Μελετήθηκαν η επίδραση της δομής και της μορφολογίας στην επαναληψιμότητα συνεχών κύκλων εισαγωγής-εξαγωγής Li+, στο φορτίο αποθήκευσης, στο χρόνο απόκρισης καθώς και στη χωρητικότητα κατά την εκφόρτιση με σκοπό τον καθορισμό ιδιοτήτων που αποσκοπούν στη βέλτιστη ηλεκτροχημική συμπεριφορά. Εξετάστηκαν τρεις διαφορετικές πηγές οξυγόνου, αυτή της προπανόλης, της αιθανόλης καθώς και του αέριου οξυγόνου. Συνολικά έγιναν μετρήσεις για 3 δείγματα με ίδιες ροές το καθένα. Όλα τα δείγματα έχουν υποστεί εναπόθεση σε θερμοκρασία 500 οC για χρονικό διάστημα 7,5 min και ροή εναπόθεσης N2 μέσα στο bubbler αντιδραστηρίου βαναδίου 1,4 lt min-1. Για κάθε ένα από τα δείγματα αυτά υλοποιήθηκαν ηλεκτροαναλυτικές μετρήσεις με την χρήση των τεχνικών της κυκλικής βολταμμετρίας και της χρονοαμπερομετρίας (Autolab PGSTAT302N) από τις οποίες έγινε η εξαγωγή των γραφικών παραστάσεων Ρεύματος – Τάσης, Ρεύματος – Χρόνου, Τάσης – Χρόνου καθώς και Τάσης - Φορτίου από τα οποία αντλούμε πληροφορίες όπως η ύπαρξη μη σταθερότητας των δειγμάτων με την πάροδο του χρόνου, η επαναληψιμότητα ή η αντιστρεψιμότητα των οξειδοαναγωγικών κορυφών κ.α. Οι ροές που μελετήθηκαν για κάθε σειρά είναι οι εξής: Ροές προπανόλης : 0,8 lt min-1 Ροές αιθανόλης : 0,8 lt min-1 Ροές οξυγόνου : 0,8 lt min-1 .

In the last few years, there’s been a constantly growing demand for batteries in the market, possessing better features such as longer life, greater power and energy, as well as stability between the charging and discharging cycles. The aim of this work is to describe the creation of capacitors, in a research scale, with features as good as possible (supercapacitors) at minimum cost, small size, high durability and capacity and safe to use. To achieve this goal, experiments have been carried out over the years using carbon nanotubes, metal oxides, conductive polymers, nanocomposites etc. Each electrode displays a different morphological structure (flower, nanofibers, nanowires, nanorod, nanoporous etc.). In this work, the electrochemical study of APCVD vanadium oxide coatings was performed. The influence of structure and morphology in the reproducibility of consecutive charging and discharging Li+ cycles, the storage charge, the response time as well as the capacity during discharge was carried out to determine the properties aimed at optimum electrochemical behavior. Three different oxygen sources were studied, i.e. propanol, ethanol and oxygen gas. All samples were deposited at 500 °C for a period of 7,5 min and N2 deposition flux in a bubbler with vanadium reagent at 1,4 lt min-1. For each of these samples, electroanalytical measurements were carried out using cyclic voltammetry and chronoamperometry (Autolab PGSTAT302N) from which information such as stability of the samples over time, replication or reversibility of redox peaks was extracted. The flows were studied for each set are: Propanol flows: 0,8 lt min-1. Ethanol flows: 0,8 lt min-1. Oxygen flows: 0,8 lt min-1.